Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
277
ĐÁNH GIÁ NGẬP LỤT HẠ LƯU DO VỠ ĐẬP
HỒ ĐỒNG MỎ, TỈNH VĨNH PHÚC
Đinh Ngọc Hà1, Vũ Thanh Tú2
1 Công ty tư vấn 11 – CN Tổng Công ty TVXDTL VIệt Nam – CTCP,
email: ngocha47v@gmail.com
2 Đại học Thủy lợi, email: vutu@tlu.edu.vn
1. TỔNG QUAN
Các hồ chứa thủy lợi thường được xây
dựng phục vụ đa mục tiêu phục vụ phát triển
KT-XH. Tuy nhiên các công trình đó luôn dễ
bị tổn thương, nhất là khi có mưa lũ lớn. Các
đập thủy lợi nhỏ thường được xây dựng chủ
yếu bằng vật liệu địa phương, công tác quản
lý vận hành thường được địa phương đảm
nhận nên chất lượng hồ đập bị xuống cấp
nhanh chóng gây mất an toàn của công trình
khi tích nước. Ngoài ra trong những năm gần
đây, do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, tình
hình thời tiết diễn ra bất thường như mưa to,
bão lớn, hiện tượng sạt lở đất ở thượng nguồn
làm gia tăng nguy cơ mất an toàn của đập.
Để giảm thiểu tối đa thiệt hại của sự cố vỡ
đập có thể xảy ra, ngoài việc đánh giá an toàn
hồ đập định kỳ, cũng cần có các biện pháp
dự báo ngập lụt kết hợp với phương án để
sơ tán người dân đến khu an toàn trước khi
xảy ra sự cố. Một trong những cơ sở để xây
dựng các phương án di tản là các kết quả mô
phỏng diễn biến ngập lụt và các bản đồ ngập
lụt. Các kết quả ấy không chỉ giúp cho việc
chỉ ra các vị trí an toàn khi ngập lụt xảy ra
mà còn góp phần quan trọng trong công tác
quy hoạch sử dụng đất.
Hiện nay trên thế giới đã có rất nhiều bộ
phần mềm có khả năng mô phỏng bài toán
vỡ đập, có thể kể đến MIKE FLOOD,
TELEMAC, HEC-RAS, FLDWAV v.v. Với
những khả năng của bộ mô hình MIKE để
mô phỏng diễn biến dòng chảy và ngập lụt ở
hạ lưu do vỡ đập hồ Đồng Mỏ. Phạm vi
nghiên cứu bao gồm toàn bộ phần hạ lưu từ
đập chính của hồ đến ngã ba Việt Trì có xét
đến ảnh hưởng của các nhánh sông Đà, sông
Thao, sông Lô và sông Phó Đáy.
Hình 1. Sơ đồ mạng lưới sông, suối
và hồ Đồng Mỏ
Hồ chứa nước Đồng Mỏ nằm ở xã Đạo
Trù, tỉnh Vĩnh Phúc, có diện tích lưu vực là
17,5km2. Lưu lượng lũ thiết kế là 435,0m3/s
và lưu lượng lũ kiểm tra là 533,0 m3/s. Khu
vực hạ du hồ Đồng Mỏ gồm có 10 xã, phần
lớn là đồi núi thấp và trung du, diện tích đất
trồng ít và chủ yếu nằm dọc hai bên bờ
sông. Trong tình huống vỡ đập xảy ra, khả
năng ngập lụt và ảnh hưởng đến các xã này
hoàn toàn có thể xảy ra.
Kết quả đạt được từ mô hình sẽ được sử
dụng để xây dựng các bản đồ độ sâu ngập
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
278
lụt. Và đó là cơ sở để phân tích mức độ ảnh
hưởng đến các đối tượng trong vùng bị ngập
như con người, nhà cửa và tài sản dựa trên
các công cụ GIS.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Dựa theo đặc trưng mạng lưới các sông
suối, địa hình, vùng nghiên cứu được chia
làm 10 tiểu lưu vực bộ phận gia nhập vào
suối Thác Lác và sông Phó Đáy. Lượng dòng
chảy nhập lưu sẽ được xác định bằng mô
hình MIKE NAM.
Vì trong vùng nghiên cứu không có trạm
thực đo, nên các thông số của mô hình
MIKE NAM được xác định thông qua lưu
vực sông Thanh Lộc là lưu vực tương tự.
Khi áp dụng hiệu chỉnh một số thông số cơ
bản để phù hợp từng đặc trưng thay đổi của
các lưu vực.
Mạng thủy lực 1 chiều được thiết lập trong
MIKE 11 với các biên thể hiện trong hình 1 ở
trên. Các thông số vỡ đập và quá trình vỡ:
Công thức tính kích thước vết vỡ hay được sử
dụng nhất là của Froehlich và MacDonald, đây
là hai công thức được cho là áp dụng tốt nhất
cho đập đất. Cơ chế vỡ đập được mô phỏng bởi
các thông số: Chiều rộng vết vỡ B, chiều cao
vết vỡ h, thời gian vỡ T và hình dạng vết vỡ.
Trong đó sự hình thành lỗ vỡ hình thang theo
cơ chế hình thành tuyến tính được đánh giá là
nguy hiểm nhất. Trong báo cáo chọn cơ chế vết
vỡ phát triển theo hình thang.
Sự cố vỡ đập do lũ vượt quá tần suất kiểm
tra, không vận hành được các cửa van xả lũ
kịp thời, dẫn đến mực nước trong hồ lớn hơn
cao trình đỉnh đập gây hiện tượng tràn bề
mặt đập làm đập bị vỡ. Kiểu vỡ do tràn đỉnh.
Các thông số được xác định như bảng 1
dưới đây.
Bảng 1. Thông số kích thước vết vỡ
Z
mực
nước
ban
đầu
Z
mực
nước
khi
vỡ
Vết vỡ ban
đầu
Giới hạn vết
vỡ
Mái
trượt
Z
(m)
Z (m)
B (m)
68.7
71.2
71.2
55
80
1
Mạng thủy lực hai chiều được xây dựng
với giới hạn vùng ngập ở hạ lưu được xác
định trên cơ sở bản đồ địa hình kết hợp với
một số tài liệu khảo sát các trận lũ lịch sử
nhằm đảm bảo bao trùm toàn bộ vùng ngập
lụt tối đa. Sau khi xây dựng mạng lưới thủy
lực trong MIKE11 và MIKE 21 tiến hành kết
nối trong MIKEFLOOD.
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1. Hiệu chỉnh kiểm định mô hình
MIKE NAM
Thông số mô hình NAM được hiệu chỉnh
và kiểm định theo trạm Ngọc Thanh trên lưu
vực sông Thanh Lộc. Trạm có chuỗi tài liệu
đo lưu lượng từ năm 1967-1981. Trong chuỗi
thực đo trên chọn 2 năm có lũ lớn điển hình
trên lưu vực là năm 1971 và năm 1978 để hiệu
chỉnh và kiểm định mô hình kết quả tương đối
tốt, chỉ số NASH là 0.82 và 0.87 tương ứng.
Có thể thấy bộ thông số của mô hình có thể sử
dụng để tính toán lũ và áp dụng cho các lưu
vực bộ phận trong vùng nghiên cứu.
3.2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình
MIKE FLOOD
Do trong khu vực nghiên cứu không có
trạm đo lưu lượng và mực nước phía hạ lưu
nên sử dụng các tài liệu điều tra vết lũ tại
các điểm khống chế để hiệu chỉnh, kiểm
định mô hình. Việc hiệu chỉnh thông số mô
hình được thực hiện bằng phương pháp thử
dần. Với trận lũ tháng 8/1971 được sử dụng
để hiệu chỉnh và trận lũ tháng 8/2002 để
kiểm định mô hình. Kết quả cho thấy mực
nước tại các điểm khống chế là khá phù
hợp. Chênh lệch giữa kết quả tính toán và
thực đo tại các điểm đều nằm trong khoảng
từ 10 đến 30cm, và càng về hạ lưu sự chênh
lệch càng giảm.
3.3. Kết quả mô phỏng vỡ đập
Kết quả tính toán trường hợp vỡ đập chính
ứng với lũ kiểm tra khi hồ có sự cố, giả thiết
cả 2 cửa van đều không hoạt động được, dẫn
đến tràn đỉnh, lưu lượng qua vết vỡ và mực
nước hồ được cho ở bảng 2.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
279
Bảng 2. Kết quả tính vỡ đập
Vị Trí
Khoảng
cách
m
Qmax
m3/s
Thời
gian
Hmax
m
Tuyến đập
0
3135
11:10:00
54.89
STHACLAC
2296
3097
11:10:00
54.88
STHACLAC
3150
3436
11:10:00
41.12
STHACLAC
3933
3587
11:10:00
32.85
Hình 2. Đường quá trình lưu lượng
qua vết vỡ và mực nước hồ
Hình 3. Bản đồ ngập lụt hạ lưu
do vỡ đập Đồng Mỏ
Thời gian từ khi vỡ đập chính hồ Đồng
Mỏ đến khi xuất hiện lưu lượng đỉnh lũ tại
vị trí ngay sau hồ Đồng Mỏ với QMax =
3135 m3/s và giá trị mực nước lớn nhất với
HMax = 54.89 m, sau 30 phút so với thời gian
xuất hiện đỉnh lũ, tốc độ lớn nhất đạt 11.2
m/s. Sau 2 giờ thì độ sâu ngập vùng hạ du là
lớn nhất, phạm vi ảnh hưởng do vỡ đập chủ
yếu từ xã Tứ Du cách đập Đồng Mỏ 11km
đến hạ lưu đập. Sau khi nhập lưu với sông
Phó Đáy do khả năng tải nước lớn của sông
nên ảnh hưởng của vỡ đập giảm nhanh chóng
mực nước chênh lệch chỉ từ 0.1m-0.3m và
không còn ảnh hưởng khi đến địa phận xã Tứ
Du cách đập khoảng 10 km.
4. KẾT LUN
Trong bài báo này đã mô phỏng trường
hợp vỡ đập do lũ kiểm tra và không vận hành
được các cửa van xả lũ kịp thời, dẫn đến mực
nước trong hồ lớn hơn cao trình đỉnh đập gây
hiện tượng tràn bề mặt đập làm đập chính hồ
Đồng Mỏ bị vỡ. Bằng việc ứng dụng mô hình
MIKE FLOOD và các công cụ GIS, bài báo
đã chỉ ra được phạm vi ảnh hưởng, xác định
được mức độ ngập. Các kết quả trên có thể
giúp lập kế hoạch di dời người dân vùng
ngập sâu có thể di dời đến vùng cao, dựa vào
diễn biến ngập lụt phải ưu tiên những vùng
có nguy cơ bị ngập trước và khu vực dân cư
nằm trong phạm vi của dòng phá hoại khi có
báo động nguy cơ xảy ra sự cố vỡ đập. Tuy
nhiên, trong bài báo này mới xem xét một
tình huống vỡ đập, nên việc đưa ra các giải
pháp vẫn còn hạn chế. Để có thể có giải pháp
tổng thể thì cần có nhiều kịch bản vỡ đập cần
nghiên cứu hơn.
5. TI LIU THAM KHẢO
[1] Froehlich, D.C (1995). Embankment dam
breach parameters revisited. Proc., Water
Resources Engineering, ASCE.
[2] Y.Xu and L.M.Zhang (2009). Breaching
parameter for earth and roockfill dams.
Journal of Geo. Engineering Vol 135. No 12.
[3] Phạm Thị Hương Lan, Trần Kim Châu
(2014). Ứng dụng mô hình HecRAS để
mô phỏng vỡ đập cho hồ chứa Bản Mồng.
Tuyển tập báo cáo KH thường niên, ĐHTL.